KR20200038503A - Rotor blades of rotors of wind power plants, wind power plants and methods for improving the efficiency of rotors of wind power plants - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 로터 블레이드 루트와 로터 블레이드 사이에서 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전, 및 로터 블레이드 뒷전과 로터 블레이드 앞전 사이에서 조정되는 프로파일 깊이를 갖는 로터 블레이드에 관한 것이다. 효율을 높이기 위해서는, 연속적인 프로파일 섹션을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소가, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 변경을 위해, 로터 블레이드 뒷전의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착될 수 있으며, 로터 블레이드 뒷전을 넘어 프로파일 섹션의 확장부는, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정된다. The present invention relates to a rotor blade having a profile depth adjusted between a rotor blade trailing edge and a rotor blade leading edge, and a rotor blade trailing edge extending over the rotor blade length between the rotor blade root and the rotor blade. In order to increase efficiency, at least one profile element with a continuous profile section can be attached on the area of the rotor blade trailing edge or within the region of the rotor blade trailing edge, for changing the profile depth of the rotor blade, The extension of the profile section beyond is determined by the load-dependent standardized dimensioning of the profile depth of the rotor blades and the load level adjusted at the installation site of the wind turbine.
Description
본 발명은 풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드 및 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rotor blade of a rotor of a wind power plant and a wind power plant. In addition, the present invention relates to a method for improving the efficiency of the rotor of a wind power installation.
풍력 발전 설비는 일반적으로 공개되어 있으며, 예를 들어 도 1에서와 같이 형성된다. 풍력 발전 설비 및 그 각각의 구성 요소의 설계는 풍력 발전 설비의 기술적 무결성을 보장하기 위한 필수 설계 요구 사항을 다루는 표준화된 가이드라인(예를 들어 IEC 61400)에 기초해서 이루어진다. 이러한 표준의 목적은, 풍력 발전 설비의 계획된 수명 동안 위험 요소로 인한 손상에 대해 적절한 수준의 보호를 제공하는 것이다. 이 경우 표준 파라미터는 표준화된 부하에 의존하지만 위치 특정적이지 않은, 풍력 발전 설비의 치수 설정에 도입된다. 표준 파라미터에는 특히 전단, 난류 발생, 기후 조건, 공기 밀도, 풍력 등급의 기준 속도 및 풍력대가 포함된다. 로터 블레이드는 표준화된 부하에 의존하는 치수 설정으로 인해, 예를 들어 연관된 프로파일 극선(profile polars)을 갖는 프로파일 깊이와 같이 정해진 파라미터를 갖춘 규정된 프로파일을 갖는다. 이러한 규정된 프로파일은 부하 계산 및 연간 에너지 생산(AEP)의 계산을 위한 기초를 형성한다.Wind power plants are generally open and are formed, for example, as in FIG. 1. The design of wind power plants and their respective components is based on standardized guidelines (eg IEC 61400) covering essential design requirements to ensure technical integrity of wind power plants. The purpose of these standards is to provide an adequate level of protection against damage from hazards during the planned life of the wind turbine. In this case, the standard parameters are introduced in the dimensioning of the wind power installation, which is dependent on the standardized load but not position-specific. Standard parameters include, among other things, shear, turbulence, climatic conditions, air density, reference speed of wind class and wind turbine. The rotor blades have a defined profile with defined parameters, such as profile depth with associated profile polars, due to the dimensional setting depending on the standardized load. These defined profiles form the basis for calculating loads and calculating annual energy production (AEP).
로터 블레이드의 각각의 디자인은 풍력 발전 설비의 방출 및 효율을 위해 중요한 양태이다. 풍력 발전 설비의 로터 블레이드는 일반적으로 흡입측 및 압력측을 갖는다. 흡입측 및 압력측은 로터 블레이드의 로터 블레이드 뒷전(trailing edge)에서 만난다. 흡입측과 압력측 사이의 압력 차이로 인해 로터 블레이드의 뒷전에서 소음 방출과 성능 저하를 유발할 수 있는 와류가 발생할 수 있다.Each design of the rotor blade is an important aspect for the emission and efficiency of wind power installations. The rotor blade of a wind power installation generally has a suction side and a pressure side. The suction side and the pressure side meet at the trailing edge of the rotor blade of the rotor blade. Due to the pressure difference between the suction side and the pressure side, vortices may occur in the trailing edge of the rotor blade that can cause noise emission and deterioration.
풍력 발전 설비의 설계 또는 그에 따른 로터 블레이드의 형성은 주로 표준화된 위치 또는 표준화된 부하에 기초하고, 이 경우 위치 특정적인 검출/부하도 포함할 수 있다. 그 결과 로터 블레이드의 추후의 기하학적 형상이 정해진다. 특히 로터 블레이드는 고정적인 기하학적 형상을 가지며, 이러한 기하학적 형상은 제조 공정에서 비틀림 또는 프로파일 깊이와 관련하여 더 이상 후속 조정이 불가능하다.The design of the wind turbine or the formation of the rotor blades accordingly is mainly based on a standardized position or a standardized load, in which case it may also include position specific detection / load. As a result, a later geometric shape of the rotor blade is determined. In particular, the rotor blades have a fixed geometry, which is no longer possible for subsequent adjustment in relation to torsion or profile depth in the manufacturing process.
따라서 본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것이고, 특히 풍력 발전 설비의 로터 블레이드의 효율을 더욱 개선하는 해결 방법이 제안되어야 한다. Therefore, the problem of the present invention is to solve at least one of the above-mentioned problems, and in particular, a solution to further improve the efficiency of the rotor blade of a wind power generation facility should be proposed.
상기 과제를 해결하기 위해 풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드가 제안된다. 로터 블레이드는 로터 블레이드 루트와 로터 블레이드 사이에서 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전 및 로터 블레이드 뒷전과 로터 블레이드 앞전 사이에서 조정되는 프로파일 깊이를 갖는다. 효율을 높이기 위해, 로터 블레이드는 연속적인 프로파일 섹션을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소를 갖고, 상기 프로파일 요소는 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 변경하기 위해 로터 블레이드 뒷전의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착될 수 있고, 로터 블레이드 뒷전을 넘는 상기 프로파일 섹션의 확장부는 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정된다.In order to solve the above problems, a rotor blade of a rotor of a wind power installation is proposed. The rotor blade has a profile depth that is adjusted between the rotor blade trailing edge and the rotor blade leading edge and the rotor blade trailing edge extending over the rotor blade length between the rotor blade root and the rotor blade. To increase efficiency, the rotor blade has at least one profile element with a continuous profile section, which profile element is attached on or within the region of the rotor blade trailing edge to change the profile depth of the rotor blade. The extension of the profile section beyond the trailing edge of the rotor blade is determined by the load-dependent standardized dimensioning of the profile depth of the rotor blade and the load level adjusted at the installation site of the wind turbine.
적어도 하나의 프로파일 요소를 부착함으로써 프로파일 깊이가 변경되며, 상기 프로파일 요소의 확장부는 로터 블레이드의 제조 시 로터 블레이드의 치수 설정의 기초가 된 표준화된 부하와 위치 특정적인 부하 수준, 예를 들어 측정된 및/또는 시뮬레이션된 부하 수준 사이의 차이에 따라 결정된다. 측정된 위치 부하가, 예를 들어 더 낮은 공기 밀도로 인해, 로터 블레이드의 치수 설정에 기초가 된 표준화된 부하에 미달되면, 과대 치수 설정이 제공된다. 이러한 과대 치수 설정은 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 추후 변경에 의해 적어도 부분적으로 이용 가능해지는 예비 부하를 나타낸다. 이러한 과대 치수 설정에 기초하여, 로터 블레이드의 전술한 위치 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이가 결정될 수 있으므로, 이러한 프로파일 깊이는 추후에 조정될 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소의 부착은, 프로파일 요소의 확장부에 따라 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 변경시킨다. 프로파일 요소의 연속적인 프로파일 섹션은, 프로파일 깊이 방향으로 일정하거나 변하는 연장부를 가질 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소에 의해 기존의 로터 블레이드에 더 큰 풍력 작용면이 마련될 수 있으며, 이는 주어진 예비 부하를 의도대로 사용함으로써 성능의 증가를 동반한다.The depth of the profile is changed by attaching at least one profile element, the extension of the profile element being the standardized load and the position-specific load level, for example the measured and And / or the difference between the simulated load levels. If the measured position load is below the standardized load based on the dimensioning of the rotor blades, for example due to the lower air density, an oversized dimension is provided. This oversizing setting represents a preload that is made available at least in part by a subsequent change in the profile depth of the rotor blades. Based on this oversizing, the above-described position-specific allowable profile depth of the rotor blade can be determined, so that this profile depth can be adjusted later. Attachment of the at least one profile element changes the profile depth of the rotor blade according to the extension of the profile element. The continuous profile section of the profile element can have a constant or variable extension in the profile depth direction. The existing rotor blades can be provided with a larger wind action surface by means of at least one profile element, which is accompanied by an increase in performance by using the given preload as intended.
적어도 하나의 프로파일 요소에 의해 프로파일 깊이를 증가시키거나 풍력 작용면을 확장하기 위해, 상기 프로파일 요소의 다양한 형성이 고려될 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소의 각각의 확장부는, 풍력 발전 설비의 각각의 위치 의존적인 예비 부하에 따라서 결정된다.In order to increase the depth of the profile or expand the surface of the wind force by at least one profile element, various formations of the profile element can be considered. Each extension of the at least one profile element is determined according to each position-dependent preload of the wind turbine.
적어도 하나의 프로파일 요소는 바람직하게는 적어도 부분적으로 로터 블레이드의 길이에 걸쳐 연장될 수 있다. 로터 블레이드의 전체 길이에 걸쳐 연속해서 연장되는 단일 프로파일 요소는, 원치 않는 난류가 발생할 수 있는 로터 블레이드와 상기 프로파일 요소 사이에 전이가 적다는 장점을 제공한다. 다른 한편으로, 2개 이상의 프로파일 요소를 제공하는 것이 바람직한데, 그 이유는, 이러한 프로파일 요소가 제조 기술적으로 더 간단하게 구현될 수 있기 때문이다. 또한, 로터 블레이드 상에서의 조립이 더 간단해질 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 경로에 대해 수직하게 배치된다.The at least one profile element can preferably extend at least partially over the length of the rotor blade. A single profile element that extends continuously over the entire length of the rotor blade provides the advantage that there is little transition between the rotor blade and the profile element where unwanted turbulence can occur. On the other hand, it is desirable to provide two or more profile elements, since these profile elements can be implemented more simply in manufacturing technology. Also, assembly on the rotor blade can be made simpler. Preferably the at least one profile element is arranged perpendicular to the path behind the rotor blades.
바람직한 일 실시예에서 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 테이퍼링되는 경로를 갖는다. 테이퍼링 경로는 실질적으로 로터 블레이드의 횡단면 경로를 따르고, 즉, 예를 들어 로터 블레이드 뒷전을 넘어 로터 블레이드 프로파일의 프로파일 섹션의 테이퍼링 연장부를 형성한다.In one preferred embodiment, the at least one profile element has a path tapering at the extension of the rotor blade trailing edge. The tapering path substantially follows the cross-sectional path of the rotor blade, ie forms a tapering extension of the profile section of the rotor blade profile, for example beyond the rotor blade trailing edge.
바람직한 일 실시예에서 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 일정한 경로를 갖는다. 이를 위해 적어도 하나의 프로파일 요소는 일정한 두께를 갖는 플레이트로서 구현될 수 있다. 다른 실시예에서 테이퍼링 경로 및 일정한 경로 및/또는 확대되는 경로의 조합도 바람직하게 구현될 수 있다. 예를 들어 부분적으로, 일정한 두께에 대한 대안으로서 또는 추가로, 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 감소하는 두께, 즉 테이퍼링되는 경로를 가질 수 있다.In one preferred embodiment the at least one profile element has a constant path at the extension of the trailing edge of the rotor blade. To this end, at least one profile element can be embodied as a plate with a constant thickness. In other embodiments, a combination of a tapering path and a constant path and / or an enlarged path can also be preferably implemented. For example, in part, as an alternative to, or in addition to, a constant thickness, the profile element can have a decreasing thickness, ie a tapered path, in the extension of the trailing edge of the rotor blades.
로터 블레이드 뒷전은 뾰족하게 또는 뭉툭하게 형성될 수 있고, 즉, 로터 블레이드는 피아트백 프로파일(fiatback profile)을 가질 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소는, 특히 뭉툭한 뒷전의 경우에, 뒷전에 직접, 또는 뒷전의 영역 내에, 특히 압력측 및/또는 흡입측에 배치될 수 있다.The rotor blade trailing edge may be formed pointed or blunt, that is, the rotor blade may have a fiatback profile. The at least one profile element can be arranged directly on the trailing edge, or in the region of the trailing edge, especially on the pressure side and / or the suction side, especially in the case of blunt trailing edge.
바람직하게는 적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 프로파일 요소는 로터 블레이드의 길이 방향 축에 대해 부분적으로 비틀린 경로를 가질 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드의 비틀림을 따른다. 따라서 기존의 로터 블레이드의 특정한 공기 역학적 특성은 프로파일 깊이의 변경에도 불구하고 적어도 실질적으로 유지된다.Preferably, the profile element extending at least partially over the length of the rotor blade can have a path that is partially twisted about the longitudinal axis of the rotor blade. At least one profile element follows the torsion of the rotor blade. Thus, the specific aerodynamic properties of the existing rotor blades are maintained at least substantially despite changes in the profile depth.
적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 프로파일 요소의 확장부는 바람직하게 로터 블레이드의 프로파일 깊이에 따라서 변경될 수 있다. 프로파일 요소의 폭은, 로터 블레이드의 공기 역학적 특성을 유지하기 위해, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 경로에 따라 변경될 수 있다. 로터 블레이드의 프로파일 깊이에 대한 의존성에 대한 대안으로서 또는 추가로 확장부는 로터의 반경 방향의 위치에 의존할 수 있다.The extension of the profile element, which extends at least partially over the length of the rotor blade, can preferably be varied depending on the profile depth of the rotor blade. The width of the profile element can be varied along the path of the profile depth of the rotor blade to maintain the aerodynamic properties of the rotor blade. As an alternative to, or in addition to, the dependence of the rotor blades on the profile depth, the extension may depend on the radial position of the rotor.
특히 바람직한 실시예에서 프로파일 요소는 다수의 부분으로 형성되고, 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 프로파일 섹션에 연결되는 섹션을 가지며, 상기 섹션은 중단된 경로를 갖는다. 프로파일 요소는 특히 바람직하게 2개의 부분으로 구현된다. 프로파일 섹션은, 이에 대해 전술한 바와 같이, 바람직하게 플레이트로 구현된다. 여기에 연결되는 섹션은 하나의 부분으로 또는 여러 부분으로 형성될 수 있다. 섹션의 중단된 경로는 바람직하게 톱니 형태로 구현된다. 톱니 형태의 디자인은 로터 블레이드 뒷전에서 유동 거동을 개선하는 데 기여한다. 섹션의 톱니 형태로 중단된 경로로 인해, 로터 블레이드 뒷전에서 발생하는 와류가 감소할 수 있다. 또한, 이러한 섹션은 소음 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다.In a particularly preferred embodiment, the profile element is formed of a number of parts and has a section connected to the profile section at the extension of the trailing edge of the rotor blade, said section having an interrupted path. The profile element is particularly preferably implemented in two parts. The profile section, as described above, is preferably implemented as a plate. The section connected to it may be formed as one part or as several parts. The interrupted path of the section is preferably implemented in the form of a tooth. The serrated design contributes to improved flow behavior in the trailing rotor blades. Due to the serrated interrupted path of the section, the vortices occurring in the trailing edge of the rotor blades can be reduced. In addition, this section can help reduce noise emissions.
특히 바람직한 실시예에서 적어도 하나의 프로파일 요소는 일체로 형성되고, 바람직하게는 로터 블레이드 뒷전으로부터 멀어지는 측에 톱니형 경로를 갖는다. 프로파일 깊이 증가를 달성하기 위해, 톱니의 로터 블레이드 길이 방향의 폭 및/또는 프로파일 깊이 방향의 깊이는 기존의 예비 부하에 따라 적절하게 변하므로, 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 이러한 위치 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이에 대해 조정할 수 있다. 따라서 로터 블레이드의 풍력 작용면이 확장된다. 톱니형 경로는 적어도 하나의 프로파일 요소의 프로파일 섹션에 연결되거나 또는 프로파일 섹션의 일부를 형성하고, 즉 프로파일 요소는 프로파일 섹션에 일체로 연결되는 톱니를 갖는다.In a particularly preferred embodiment the at least one profile element is integrally formed and preferably has a serrated path on the side away from the trailing edge of the rotor blades. To achieve an increase in profile depth, the width of the teeth in the rotor blade length and / or the depth in the profile depth direction is appropriately changed according to the existing preload, so that the profile depth of the rotor blade can be changed to this position-specific acceptable profile depth. Can be adjusted for. Therefore, the working surface of the rotor blade is expanded. The serrated path is connected to or forms part of the profile section of the at least one profile element, ie the profile element has teeth which are integrally connected to the profile section.
다수의 부분으로 형성하는 경우의 톱니 형태의 중단된 경로와 일체로 형성하는 경우의 톱니형 경로도 로터 블레이드 뒷전을 넘어서 연장되고, 이 경우 바람직하게 특성, 즉 특히 톱니의 길이, 폭 및/또는 형태는 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정되고 최적화된다.The toothed path when formed integrally with the serrated interrupted path when formed in multiple parts also extends beyond the trailing edge of the rotor blades, preferably in this case the properties, in particular the length, width and / or shape of the teeth. Is determined and optimized according to the load-dependent standardized dimensioning of the profile depth of the rotor blades and the load level adjusted at the installation site of the wind turbine.
또한, 본 발명에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드, 바람직하게는 본 발명에 따른 3개의 로터 블레이드를 갖는 풍력 발전 설비가 제안된다.In addition, a wind power installation is proposed which has at least one rotor blade according to the invention, preferably three rotor blades according to the invention.
또한, 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법이 제안된다. 로터는 로터 블레이드 루트와 로터 블레이드 사이에서 로터 블레이드의 길이에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전 및 로터 블레이드 뒷전과 로터 블레이드 앞전 사이에서 조정되는 프로파일 깊이를 갖는 적어도 하나의 로터 블레이드를 포함한다. 또한, 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 변경하기 위해, 연속적인 프로파일 섹션이 제공된 적어도 하나의 프로파일 요소가 로터 블레이드 뒷전의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착되며, 로터 블레이드 뒷전을 넘어 상기 프로파일 섹션의 확장부는, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정된다. 풍력 발전 설비의 지속적인 작동 중에 발생하는 조건에 대한 정보가 기록되고 평가되어, 실제 부하 수준에 대해 추론될 수 있다. 부하 의존적인 표준화된 치수 설정에 기초하여, 가정된 설계 부하와 설치 장소에서 실제로 결정된 풍력 발전 설비의 부하 사이에서 조정되는 예비 부하는, 적어도 하나의 프로파일 요소를 부착함으로써 이용될 수 있다.In addition, a method for improving the efficiency of the rotor of the wind power generation facility is proposed. The rotor includes at least one rotor blade having a profile depth adjusted between the rotor blade trailing edge and the rotor blade leading edge and the rotor blade trailing edge extending over the length of the rotor blade between the rotor blade root and the rotor blade. In addition, to change the profile depth of the rotor blade, at least one profile element provided with a continuous profile section is attached on or within the region of the rotor blade trailing edge and beyond the rotor blade trailing edge of the profile section The extension is determined by the load-dependent standardized dimensioning of the profile depth of the rotor blades and the load level adjusted at the installation site of the wind turbine. Information about conditions that arise during the continuous operation of the wind power plant is recorded and evaluated, so that it can be inferred about the actual load level. Based on the load-dependent standardized dimensioning, a preliminary load that is adjusted between the assumed design load and the load of the wind turbine actually determined at the installation site can be used by attaching at least one profile element.
전술한 로터 블레이드의 적어도 하나의 실시예에 따른 상호 관련성, 설명 및 장점들이 입증된다.Correlations, descriptions and advantages according to at least one embodiment of the rotor blades described above are demonstrated.
특히, 조정되는 위치 특정적인 부하 수준으로 인해 부하 의존적인 표준화된 치수 설정이 점점 미달됨에 따라 적어도 하나의 프로파일 요소의 더 큰 확장부가 선택될 수 있다.In particular, a larger extension of the at least one profile element can be selected as the load-dependent standardized dimensional setting becomes increasingly short due to the position-specific load level being adjusted.
바람직하게는 적어도 하나의 프로파일 요소가 개장된다. 적어도 하나의 프로파일 요소를 로터 블레이드에 특수하게 개장함으로써 더 큰 풍력 작용면이 형성되어, 연간 에너지 생성에 더 큰 기여를 달성할 수 있다.Preferably at least one profile element is retrofitted. By specifically opening at least one profile element on the rotor blade, a larger wind action surface can be formed, thereby achieving a greater contribution to annual energy generation.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 실시예들에 의해 예를 들어 상세히 설명된다.The present invention is described in detail by way of example with reference to the accompanying drawings.
도 1은 풍력 발전 설비를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 로터 블레이드 앞전(rotor blade leading edge) 및 로터 블레이드 뒷전(rotor blade trailing edge)을 갖는 로터 블레이드를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a는 적어도 하나의 프로파일 요소가 배치된 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션을 개략적으로 도시한 도면.
도 3b 내지 3e는 도 3a에 도시된 프로파일 요소의 횡단면의 다양한 예들을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 변경 전에 톱니형 경로를 갖는 섹션이 배치된 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
도 5는 프로파일 요소가 배치된 도 4에 따른 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
도 6은 프로파일 요소로서 구현되며 톱니형 경로를 가진 섹션을 포함하는 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 따른 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.1 is a perspective view schematically showing a wind power generation facility.
Figure 2 schematically shows a rotor blade with a rotor blade leading edge and a rotor blade trailing edge.
3A schematically shows a partial section of the front and rear rotor blades in which at least one profile element is disposed.
3B-3E schematically show various examples of the cross section of the profile element shown in FIG. 3A.
FIG. 4 shows a schematic view of a partial section before and after a rotor blade in which a section with a serrated path is arranged before changing the profile depth of the rotor blade.
FIG. 5 shows a schematic view of a partial section of the front and rear rotor blades according to FIG. 4 in which the profile element is arranged.
6 shows a schematic view of a partial section of the rotor blade trailing edge, which is implemented as a profile element and includes a section with a serrated path.
7 shows a schematic view of a partial section of the front and rear rotor blades according to FIG. 6;
동일한 도면 부호는, 다양한 실시예들의 유사하지만 동일하지 않은 요소들을 나타낼 수 있음에 주목해야 한다.It should be noted that the same reference numbers may indicate similar but non-identical elements of various embodiments.
본 발명은 도면을 참고로 실시예에 의해 실질적으로 개략적으로 설명되며, 각각의 도면에 설명된 요소들은 더 나은 설명을 위해 과장될 수 있고, 다른 요소들은 단순화될 수 있다. 예를 들어 도 1은 풍력 발전 설비를 그와 같이 개략적으로 도시하므로, 로터 블레이드 상에 제공되는 톱니 형태의 뒷전을 명확하게 식별할 수 없다.The present invention is substantially schematically described by embodiments with reference to the drawings, and elements described in each drawing may be exaggerated for better description, and other elements may be simplified. For example, FIG. 1 schematically shows the wind power generation facility, and thus cannot clearly identify the trailing edge of the serration provided on the rotor blade.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 갖는 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 나셀(104) 상에 배치된다. 로터(106)는 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하여, 나셀(104) 내의 발전기를 구동시킨다.FIG. 1 shows a
도 2는 로터 블레이드 앞전(2) 및 로터 블레이드 뒷전(3)을 갖춘 로터 블레이드(1)의 개략도를 도시한다. 로터 블레이드(1)는 로터 블레이드 루트(4; rotor blade root)로부터 로터 블레이드 팁(5; rotor blade tip)으로 연장된다. 로터 블레이드 팁(5)과 로터 블레이드 루트(4) 사이의 길이는 로터 블레이드 길이(L)로 지칭된다. 로터 블레이드 앞전(2)과 로터 블레이드 뒷전(3) 사이의 간격은 프로파일 깊이(T)로 지칭된다. 로터 블레이드 길이(L)와 프로파일 깊이(T)는 주로 로터 블레이드(1)의 풍력 작용면을 결정한다.2 shows a schematic view of a
도 3a는 적어도 하나의 프로파일 요소(6)가 배치된 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도를 도시한다. 프로파일 요소(6)는 플레이트형 프로파일 섹션(7)을 갖는다. 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 프로파일 섹션(7)은, 예를 들어 도 3c 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 테이퍼링되는 횡단면 경로를 갖는다. 도 3c는 압력측 및 흡입측으로부터 균일하게 테이퍼링되는 횡단면 경로를 도시하는 한편, 도 3d 및 도 3e는 프로파일 요소(6)의 측면들 중 한 측면만의, 즉 압력측 표면 또는 흡입측 표면의 테이퍼링을 나타내는 횡단면 경로를 도시한다. 프로파일 섹션(7)은 대안으로서 또는 부분적으로는 또한 추가로 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 일정한 횡단면 경로를 가질 수 있다. 이를 위해, 프로파일 섹션(7)은 도 3b에 개략적으로 도시된 바와 같이 실질적으로 직육면체 횡단면을 가질 수 있다. 다른 횡단면 경로, 예를 들어 오목한 횡단면 경로, 볼록한 횡단면 경로 그리고 유사한 횡단면 경로 및 도시된 경로들 사이의 조합도 고려될 수 있다.3A shows a schematic view of a partial section of the rotor
프로파일 요소(6)는 로터 블레이드(1)의 길이 방향으로 로터 블레이드 뒷전(3)의 경로에 맞게 조정되어, 로터 블레이드 뒷전(3)의 만곡되고 또한 비틀린 경로를 따른다. 프로파일 요소(6)는 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분적인 연장부를 형성한다.The
ΔΤ은 로터 블레이드 뒷전(3)을 넘는 프로파일 섹션(7)의 확장부를 나타내며, 이러한 확장부는 로터 블레이드 뒷전(3)에 대한 프로파일 요소(6)의 추후 배치 시 프로파일 깊이(T)의 증가를 야기한다. 적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 프로파일 섹션(6)의 확장부(ΔΤ)는 예를 들어 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)에 따라서 변경될 수 있다. 도시된 실시예에서 프로파일 요소(6)는 일체로 구현되고, 적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장된다. 복수의 프로파일 요소(6)의 세그먼트화된 배치도 고려될 수 있다. 이를 위해, 복수의 프로파일 요소(6)가 로터 블레이드 뒷전(3)에 나란히 배치된다. 바람직하게는 이러한 경우에 복수의 프로파일 요소(6) 사이의 천이부는 스카핑되어(scarfed) 구현되고, 천이부의 다른 형상도 가능하다.ΔΤ denotes an extension of the
도 4에는, 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)의 변경 전에 톱니형 경로를 갖는 섹션(8)이 배치된 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다. 섹션(8)은 로터 블레이드 뒷전(3)에 대해 수직하게 배치되고, 즉 상기 섹션은 실질적으로 로터 블레이드(1)의 익현(chord)의 연장부를 형성한다. 톱니(9)를 갖는 섹션(8)은 로터 블레이드 뒷전(3)에서 유동 거동을 개선하는 데 이용된다. 톱니(9)의 극단점으로서 톱니 팁(12)과 로터 블레이드 뒷전(3)의 시작부 사이의 간격은 도면 부호 Z로 나타낸다. 인접한 2개의 톱니(9) 사이에 위치한 각각의 최저점은 톱니 베이스(11)라고 한다. 간격(Z)은 섹션(8)의, 로터 블레이드 뒷전(3)을 향하는 쪽, 즉 섹션(8)의 시작부와 톱니 베이스(11) 사이의 영역을 포함하고, 톱니 베이스(11)와 톱니 팁(12) 사이의 간격을 포함한다. 톱니(9)의 톱니 베이스(11)와 톱니 팁(12) 사이의 각각의 간격은 톱니 높이(H)라고 한다. 톱니 높이(H) 및/또는 2개의 톱니(9) 사이의 간격 및/또는 톱니(9) 자체의 형상은 로터 블레이드 뒷전(3)의 경로를 따라 변할 수 있다. 이러한 예에서, 섹션(8)은 V자 형으로 연장되는 톱니형 경로로 표시된다. V자 형으로 연장되는 도시된 형상에 대한 대안으로서 또는 추가로 정현파형 경로가 형성될 때까지 완전히 또는 부분적으로 라운딩된 경로도 고려될 수 있다.4 shows a schematic view of a partial section of the rotor
도 5에는 톱니형 섹션(8)이 연결되는 프로파일 요소(6)가 배치된, 도 4에 따른 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다. 프로파일 요소(6)는 로터 블레이드 뒷전(3)과 톱니형 섹션(8) 사이에 배치된다. 프로파일 섹션(7)의 확장부(ΔΤ) 또는 폭은 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)의 변경을 결정한다. 프로파일 섹션(7)에 연결되는 톱니형 섹션(8)도 마찬가지로 추후에 프로파일 요소(6) 상에 배치될 수 있다. 섹션(8)이 프로파일 요소(6)의 구성부가 되는 구성이 바람직하다.5 shows a schematic view of a partial section of the rotor
도 6에 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)의 변경 전에 프로파일 요소로서 구현된, 톱니형 경로를 갖는 섹션(8)을 포함하는 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다.6 shows a schematic view of a partial section of the rotor
도 7에는 도 6에 따른 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다. 이 실시예에서, 기하학적 치수가 변경된, 톱니형 경로를 갖는 섹션(8') 자체가 프로파일 요소(6)를 형성한다. 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 확장부(ΔΤ)만큼 간격(Z)을 확장시키는 것이 제시된다. 이를 위해, 섹션(8')의 시작부와 톱니 베이스(11) 사이의 영역에 프로파일 섹션(7)으로서 작용하는 추가 간격(10)이 제공된다. 이에 대한 대안은, 톱니 높이(H) 및/또는 폭을 확장시키는 한편, 톱니 베이스(11)와 섹션(8')의 시작부 사이의 간격은 동일하게 유지하는 것이다. 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 로터 블레이드 뒷전(3)에 배치되는 섹션(8)은 섹션(8')으로 대체된다.7 shows a schematic view of a partial section of the rotor
풍력 발전 설비(100)의 설계 또는 로터 블레이드(1)의 치수 설정 및 형성은 표준화된 위치 또는 표준화된 부하에 기초한다. 이는, 풍력 발전 설비의 작동 안전성을 보장하기 위해, 발생하는 부하 피크(load peak)를 고려한다. 그 결과, 로터 블레이드(1)의 추후의 기하학적 형상이 정해진다. 따라서 로터 블레이드(1)는 고정적인 기하학적 형상을 가지며, 상기 기하학적 형상은 제조 공정에서 비틀림 또는 프로파일 깊이(T)와 관련하여 더 이상 추후 조정이 불가능하다.The design of the
로터 블레이드의 설계를 위해, 표준 파라미터는, 풍력 발전 설비의 표준화된 부하에 의존하지만 위치 특정적이지 않은 치수 설정에 도입된다. 표준 파라미터에는 특히 전단, 난류 발생, 기후 조건, 공기 밀도, 풍력 등급의 기준 속도 및 풍력대가 포함된다. 이러한 정보에 기초하여, 로터 블레이드(1)는, 풍력 발전 설비의 계획된 수명 동안 위험 요소로 인한 손상에 대해 적절한 수준의 보호를 보장하도록, 치수 설정된다. 실제 발생하는 작동 조건은, 종종, 설계에 기반이 되는 이러한 표준 파라미터에서 벗어난다. 따라서, 예를 들어 로터 블레이드(1)의 설계 시 이용된 것보다 낮은 풍력 밀도로 인해 예비 부하가 발생할 수 있다. 과대 치수 설정으로 인한 이러한 예비 부하는, 로터 블레이드(1)의 해당 위치에 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이(T)를 결정하기 위해 파라미터로서 사용된다. 실제로 발생하는 부하에 기초하여 위치 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이(T)가 결정되었다면, 이것으로부터 프로파일 요소(6)의 가능한 추가 확장부(ΔΤ)가 결정될 수 있다. 따라서, 로터 블레이드 길이는 물론 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이 및 프로파일 요소의 확장부(ΔΤ)로부터 결정되는 풍력 작용면은, 풍력 발전 설비의 연간 에너지 생성을 최적화하기 위해, 위치 특정적으로 조정될 것이다.For the design of the rotor blades, standard parameters are introduced in the dimensioning that are dependent on the standardized load of the wind power plant but are not position specific. Standard parameters include, among other things, shear, turbulence, climatic conditions, air density, reference speed of wind class and wind turbine. Based on this information, the
프로파일 요소(6)는 물론 다른 바람직한 응용예를 가질 수도 있으며, 따라서 부하 최적화로 제한되지 않는다는 사실에 주목해야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 프로파일 요소(6)를 이용한 실시예가 유도 계수의 최적화에 이용될 수 있다. 이에 대해, 예를 들어 간행물 "경계층 흡입에 중점을 둔 풍력 발전 설비의 로터 블레이드에서의 유동의 영향" (B. Souza Heinzelmann, http://dx.doi.org/10.14279/ depositonce-2975)을 참조하며, 일반적으로 축방향 유도 계수는 a이고, 방사방향 방사형 유도 계수는 a'이고, 이들은 로터 평면에서 공기 유동의 축방향 감속 또는 방사방향 감속에 따라 로터의 효율을 나타낸다. 축방향 유도 계수 a는 로터 평면보다 훨씬 앞쪽의 풍속(u1)과 로터 평면에서의 풍속(u2)에 의해 다음과 같이 정의된다.It should be noted that the
최적의 작동점은 바람직한 경우 a에 대해 1/3 값인 것을 특징으로 한다. 국부적인 팁속도비 λlokal이 국부적 반경 위치에 도입되면, 접선 방향 유도 계수 a'는 다음과 같이 정의될 수 있다.The optimum operating point is characterized by a 1/3 value for a if desired. If the local tip velocity ratio λ lokal is introduced at the local radius position, the tangential induction coefficient a ′ can be defined as follows.
Claims (13)
상기 로터 블레이드(1)는 연속적인 프로파일 섹션(7)을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소(6)를 가지며, 상기 프로파일 요소는, 상기 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 로터 블레이드 뒷전(3)의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착될 수 있고, 상기 로터 블레이드 뒷전(3)을 넘어 상기 프로파일 섹션의 확장부(ΔΤ)는, 상기 로터 블레이드(1)의 상기 프로파일 깊이(T)의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드. Rotor blade trailing edge (3) extending over rotor blade length (L) between rotor blade root (4) and rotor blade tip (5), and adjusted between rotor blade leading edge (2) and rotor blade trailing edge (3) In the rotor blade (1) of the rotor of the wind turbine having a profile depth (T),
The rotor blade 1 has at least one profile element 6 with a continuous profile section 7, which profile element is used to change the profile depth T of the rotor blade 1, It can be attached on the area of the blade trailing edge 3 or within the region of the rotor blade trailing edge, and the extension ΔΤ of the profile section beyond the rotor blade trailing edge 3 is the profile of the rotor blade 1 A rotor blade characterized by being determined according to the load-dependent standardized dimensioning of the depth (T) and the load level adjusted at the installation site of the wind power installation.
상기 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 연속적인 프로파일 섹션(7)을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소(6)가 상기 로터 블레이드 뒷전(3)의 영역 상에 또는 상기 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착되고, 상기 로터 블레이드 뒷전(3)을 넘어 상기 프로파일 섹션의 확장부(ΔΤ)는, 상기 로터 블레이드(1)의 상기 프로파일 깊이(T)의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.At least one rotor blade (1), a rotor blade trailing edge (3) extending over the rotor blade length (L) between the rotor blade root (4) and the rotor blade tip (5), and the rotor blade leading edge (2) and rotor In the method for improving the efficiency of the rotor of the wind turbine having a profile depth (T) adjusted between the blade trailing edge (3),
In order to change the profile depth T of the rotor blade 1, at least one profile element 6 with a continuous profile section 7 is on the area of the rotor blade trailing edge 3 or on the rotor blade Attached within the region of the trailing edge, the extension (ΔΤ) of the profile section beyond the rotor blade trailing edge (3), the load-dependent standardized dimensioning and wind force of the profile depth (T) of the rotor blade (1) Method characterized in that it is determined according to the load level adjusted at the installation site of the power generation facility.
Method according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one profile element (6) is retrofitted.
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